蓄电池的充放电特性

单元一电源系统关闭目录蓄电池的功用蓄电池的构造与型号蓄电池的工作原理蓄电池的工作特性影响蓄电池容量的因素蓄电池的充电蓄电池的使用与维护关闭课题一蓄电池一、蓄电池的功用蓄电池是一种将化学能转变为电能的装置，属于可逆的直流电源。关闭对蓄电池的要求：满足起动发动机的需要，即在5~10S的短时间内，提供给汽车起动机足够大的电流。汽油机起动电流为200~600A;柴油机起动电流有的高达1000A。关闭蓄电池的功用：发动机起动时，向起动机和点火系供电；发电机不发电或电压较低时向用电设备供电；发电机超载时，协助发电机供电；关闭发电机端电压高于蓄电池电动势时，将发电机的电能转变为化学能储存起来；蓄电池相当于一个大容量电容器，能够吸收发电机的过电压，保护车用电子元件；关闭二、蓄电池的构造与型号关闭蓄电池的结构由哪几部分组成呢？1、蓄电池的基本构造关闭蓄电池主要由：极板、隔板、外壳和电解液等组成。关闭（1）极板极板是蓄电池的基本部件，由它接受充入的电能和向外释放电能。关闭极板分为：正极板和负极板关闭正极板上的活性物质是二氧化铅，呈棕红色；负极板上的活性物质是海绵状纯铅，呈青灰色。关闭极板的结构：活性物质填充在铅锑合金铸成的栅架上。铅锑合金中:铅占94%，锑占6%。（少量的锑是为了提高栅架的机械强度并改善浇铸性能。）关闭低锑合金:含锑2%~3%。加入0.1%~0.2%的砷，可以减缓腐蚀速度，提高硬度和机械强度，增强其抗变形能力，延长蓄电池的使用寿命。关闭增大蓄电池的容量:一般将多片正极板（4~13片）和多片负极板（5~14片）分别并联，组成正极板组和负极板组。负极板的数量总是比正极板要多一片。正极板都处在负极板之间。关闭国产汽车起动用的铅酸蓄电池主要有两大类，即干封式蓄电池和干荷式蓄电池。干荷电式蓄电池：极板组在干燥状态下能够较长时间地保存制造过程中所得到的电荷。关闭（2）隔板为了避免相互接触而短路，正负极板之间要用绝缘的隔板隔开。对隔板材料的要求：具有多孔性结构，而且化学性能应稳定，具有良好的耐酸和抗氧化性。隔板厚度小于1mm。关闭安装隔板的要求：应将带沟槽的一面竖直朝向正极板。因为正极板在充、放电过程中化学反应剧烈，沟槽能使电解液上下流通，也能使气泡沿槽上升，还能使脱落的活性物质沿沟槽下沉。关闭（3）电解液铅酸蓄电池的电解液由密度为1.84g/cm³的纯硫酸和蒸馏水配制而成，密度一般在1.24~1.31g/cm³。关闭（4）外壳蓄电池外壳为一整体式结构的容器，极板、隔板和电解液均装入外壳内。外壳应耐酸、耐热、耐寒、抗震动，并具有足够的机械强度。工程塑料。关闭（5）铅联结条铅联结条由铅锑合金铸成分为：外露式：是指联结条外露在蓄电池盖的上面；关闭跨桥式：是指联结条下部在蓄电池的平面上，或埋在盖下，联结部分跨接在各单格电池的中间壁上；关闭穿壁对焊式：是指在中间壁上打孔，使极板组柄直接穿过中间隔壁而将各单格电池连接起来。关闭（6）加注孔盖用橡胶或塑料制成，旋在蓄电池盖的加注孔内。作用：将通气孔与单格上面的空间部分隔开，以防汽车颠簸时，电解液从通气孔溅出。关闭要求：加注孔盖上的通气孔应经常保持畅通，使蓄电池内部的氢气与氧气排出，以防蓄电池过早损坏或爆炸。有的加了过滤器，防止水分流失。关闭2、蓄电池的型号国产铅蓄电池的型号为三段，其排列及其含义如下：串联的单格电池电池类型电池特性额定容量特殊性能关闭第一部分：表示串联的单格电池数，用阿拉伯数字表示，其标准电压是这个数的2倍。关闭第二部分：表示蓄电池的类型和特征，用汉语拼音字母表示。前一部分字母表示蓄电池的类型，如“Q”表示起动用铅蓄电池。后一部分字母为蓄电池的特征代号，如“A”表示干荷电式，具有两种特征时按顺序将两个代号并列标志，各代号具体含义见表2.2。关闭第三部分：前一部分表示蓄电池的额定容量，后一部分表示蓄电池具有的特殊性能。例如：6-Q-105由6个单格电池组成，额定电压为12V，额定容量为105A·h的起动型蓄电池。关闭免维护蓄电池关闭3、免维护铅蓄电池的特点（1）免维护铅蓄电池的结构特点a、采用低锑合金或铅钙合金Pb－Ca制作极板删架；b、采用密封式压铸成型极桩，不易断裂，避免酸气腐蚀；关闭c、外壳为聚丙烯塑料热压而成，槽底没有筋条，极板组可以直接坐落在蓄电池的底部，使极板上部的电解液量增加一倍多。而且，外壳壳体内壁较薄，体积小，质量轻。d、隔板采用袋式聚氯乙烯隔板。关闭e、通气孔采用新型安全通气装置。f、单格电池间的极板组联条，采用穿壁式贯通连接，可减少内阻；g、有的蓄电池内部还安装有液体密度计，可以自动显示蓄电池的存电状态和电解液的液面高低。关闭（2）免维护铅蓄电池的使用特性a、使用中不需要加水b、自放电少，寿命长c、接线柱腐蚀较少d、起动性能好关闭三、蓄电池的工作原理根据双极硫酸盐化理论，蓄电池中参与化学反应的物质分别为：正极板上是PbO2负极板上是Pb电解液是H2SO4的水溶液。关闭1.电动势的建立正极板：＋2.0VPbO2→Pb4+负极板：–0.1VPb–2e→Pb2+极板间电动势2.1V实测结果E。=2.044V关闭2.放电时化学反应为：正极板：Pb4++2e→Pb2+Pb2++SO42-→PbSO4附在正极板上关闭2.放电时化学反应为：负极板：Pb–2e→Pb2+Pb2++SO42-→PbSO4附在负极板上关闭2.放电时化学反应总方程式为：PbO2＋Pb＋2H2SO4→2PbSO4＋2H2O电解液中：H++OH-→H2OH2SO4→减少电解液硫酸浓度降低关闭理论上：放电过程将进行到极板上的所有活性物质全部都转变为PbSO4为止，而由于电解液不能渗透到极板活性物质最内层中去。所以极板上的活性物质材料只有20%——30%转变成了PbSO4.因此，采用薄型极板，增加多孔性，提高极板活性物质的利用率是现代蓄电池工业的发展方向。关闭2.充电时化学反应为：正极板：PbSO4–2e+2H2O+SO42-→PbO2+2H2SO4正极板上的PbO2被还原关闭2.充电时化学反应为：负极板：PbSO4+2e+2H+→Pb+H2SO4附在负极板上关闭2.充电时化学反应总方程式为：2PbSO4＋2H2O→PbO2＋Pb＋2H2SO4电解液中：2H2O→2H2↑+O2↑在充电过程中，正负极板上的PbSO4将逐渐恢复为PbO2和Pb，电解液中的硫酸成分逐渐增多，水逐渐减少。所以电解液的密度将上升。关闭充放电的总化学反应方程式为：PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O从总化学反应方程式中得出几点结论：（1）蓄电池在放电时，电解液中的硫酸逐渐减少，而水将逐渐增多，电解液密度下降；蓄电池充电时，电解液中的硫酸逐渐增加，而水将逐渐减少，电解液密度上升。放电充电关闭（2）在充放电时，电解液密度发生变化，主要是由于正极板的活性物质发生化学反应的结果，因此要求正极板出的电解液流动性要好。所以在装配蓄电池时，应将隔板有沟槽的一面对着正极板，以便电解液流通。关闭（3）蓄电池放电终了时，极板上尚有70%~80%的活性物质没有起作用。为了充分提高极板活性物质的利用率，在结构上要提高极板的多孔性，减少极板的厚度。关闭四、蓄电池的工作特性包括：蓄电池的静止电动势、内阻、充电特性和放电特性。1、蓄电池的静止电动势在蓄电池内部工作物质的运动处于暂时的平衡状态时，蓄电池的电动势称为静止电动势。关闭大小取决于电解液的密度和温度;在电解液密度为1.050~1.300g/cm3的范围内，大小可用下面的经验公式求得经验公式：EO=0.84+ρ25℃Eo为蓄电池的静止电动势，单位为V；ρ25℃为25℃时电解液的相对密度。关闭如果测量电解液密度时的电解液温度不是标准的25℃，则需要进行如下换算：ρ25℃=ρt+β（t-25）式中：ρt为实际测得的电解液密度；t为测量时电解液的温度；相对密度温度系数β=0.00075。关闭2、蓄电池的内阻蓄电池的内阻大小反映了蓄电池带负载的能力。蓄电池内阻包括：极板、隔板、电解液、铅连接条和极桩等的电阻。极板电阻：在充足电状态下电阻很小，随着放电程度增加，极板电阻会随之增大；关闭隔板电阻：取决于隔板的材料和厚度以及多孔性；电解液电阻：取决于电解液的温度和密度。温度降低时，电解液黏度增大，渗透能力下降而引起电阻增加；关闭电解液的相对密度过高：黏度增加，致使渗透能力下降，引起电阻增加；电解液的相对密度过低：电解液中的H+和SO2-4离子数下降，致使扩散能力下降，引起电阻增加。关闭3、蓄电池的充放电特性（1）蓄电池的放电特性蓄电池的放电特性是指恒流放电时，蓄电池端电压Uf、电动势E和电解液密度ρ25℃随放电时间变化的规律。关闭放电时，蓄电池端电压Uf=E—IfR0式中：Uf为蓄电池端电压E为蓄电池电动势If为放电电流R0为蓄电池内阻关闭充足电的蓄电池以20h放电率恒流放电的特性曲线aoecb关闭1、放电开始时（oa段）蓄电池端电压从2.1V迅速下降到2V，极板孔隙内的H2SO4急剧减少，密度明显下降；2、第二阶段（ab段），蓄电池端电压从2V缓慢下降到1.85V，极板孔隙内消耗的H2SO4与外部向极板内渗透的数量基本相等，处于平衡状态。孔隙内和孔隙外的电解液相对密度一起下降，下降速度缓慢。关闭第三阶段（bc段），端电压迅速下降至1.75V，电解液相对密度也明显下降。此时极板上已经生成一层PbSO4，PbSO4堵塞孔隙，使SO42-渗透困难，造成极板内部电解液相对密度迅速下降；另外，PbSO4增多，使蓄电池内阻增大，因而导致蓄电池端电压迅速下降。关闭第四阶段（ce段），停止放电后，电动势逐渐回升至1.95V，孔隙内外的电解液相对密度趋于一致。蓄电池是否放电终了，通常以测量其电压和电解液相对密度来判断。关闭蓄电池放电终了的特征为：（1）单格电池电压下降至放电终止电压，以20h放电率放电，单格电池电压降至1.75V。（2）电解液密度下降至最小的许可值，大约为1.11g/cm3。关闭三、蓄电池的充电特性蓄电池的充电特性是指在恒流充电的过程中，蓄电池端电压Uc、电动势E和电解液相对密度ρ15℃随时间的变化规律。关闭充电电压Uc=E+IcR0式中：Uc为充电电压E为蓄电池的电动势Ic为充电电流R0为蓄电池的内阻关闭蓄电池充电特性曲线aoedbc关闭充电开始时（oa段），端电压从1.95V迅速上升至2.1V，极板孔内的电解液相对密度迅速上升。第二阶段（ab段），从2.1V缓慢上升至2.4V，此阶段中，极板孔内生成的H2SO4与它向外部扩散的速度基本相等，处于相对平衡状态。孔内电解液相对密度是随孔外上升的。关闭第三阶段（bc段），从2.4V上升至2.7V，此阶段主要现象是电解液已经“沸腾”，2.4V以后逐渐加剧。第四阶段（cd段），允许过充电阶段，一般为2~3小时，保证PbSO4得到完全转化。电压不再上升，水大量电解，电解液呈“沸腾”状态。电解液密度达到最高值。关闭第五阶段（de段），切断电源后，电压回降到2.1V，极板内部的H2SO4逐步向极板外部扩散。极板内外电解液相对密度趋于一致。关闭蓄电池充电终了的特征为：（1）电解液大量“沸腾”；（2）电解液相对密度上升至最大值，且2~3h内不再上升；（3）端电压上升至最大值，且2~3h内不再升高。关闭五、铅蓄电池的容量及其影响因素一、铅蓄电池的容量铅蓄电池的容量就是铅蓄电池的储电能力。定义：是指充足电的铅蓄电池，在放电允许的范围内，以一定的放电电流，连续放电至端电压降到规定值时所输出的电量。关闭Q=If·t（A·h）式中：Q—容量If—恒定的放电电流t—连续放电时间关闭(1)额定容量以20h放电率的放电电流在电解波初始温度为(25±5)℃,密度为(1.28±0.01)g/cm3(25℃)的条件下，连续放电到现定的单格终止电压1.75V，蓄电池所输出的电荷量，称为蓄电池的额定容量，记为C20。关闭例如，6－QA－60型蓄电池，在电解液初始温度为25℃时，以3A的放电电流持续放电20h，单格电压降到1.75V，其额定容量C20＝3X20A·h=60A·h。关闭（2）额定储备